Autotechnik Motoren
Zweitaktmotor, Wankelmotor, Stirlinmotor

Auf dieser Seite:

Eine Übersicht aller Autotechnik Themen.

Hier werden technische Grundlagen für den Laien verständlich erklärt!
Auf detaillierte Erklärungen zu komplexen Zusammenhängen wurde bewusst verzichtet.


Der Zweitaktmotor

kolben Der Zweitaktmotor hat im modernen Kraftfahrzeugbau im Wesentlichen bei den Zweirädern eine Bedeutung (vom Trabbi mal abgesehen). Im Schiffbau kommt der Zweitaktmotor oft als Dieselmotor zum Einsatz.

Wie der Name schon sagt, schafft der Zweitaktmotor -im Gegensatz zum Viertaktmotor- ein komplettes Arbeitsspiel während einer Kurbelwellenumdrehung. Für den Gaswechsel werden keine Ventile benötigt. Der Gaswechsel wird von dem Kolben und Schlitzen in der Zylinderwand gesteuert, es wird die Kurbelkammer unterhalb des Kolbens zur Vorverdichtung des Kraftstoff- Luftgemisches benutzt.
Ventile, Nockenwelle, Steuerriemen/Kette etc. und das ganze Zeug, wird nicht benötigt!

Es gibt auch Exoten, die ein Auslassventil besitzen, ferner unterscheidet man die "Spülverfahren" des Gasaustausches in Gegenstromspülung, Gleichstromspülung, Umkehrspülung usw. Dies und die verschiedenen Einlasssteuerungssysteme sollen uns an dieser Stelle, wo die grundsätzliche Funktionsweise erläutert werden soll, nicht interessieren.

Zweitaktmotor Funktion


Arbeitsweise Zweitaktmotor

Funktion

Vorgänge oberhalb des Kolbens:









Vorgänge unterhalb des Kolbens:
1. Takt
Über den geöffneten Überströmkanal strömen die vorverdichteten Frischgase in den Brennraum und drücken die Abgase aus dem Auslasskanal heraus. Der Kolben verschliesst beim Aufwärtsgehen zuerst den Überströmkanal, dann den Auslassschlitz.
Unterhalb des Kolbens entsteht beim Aufwärtsgehen ein Unterdruck, der sobald die Kolbenunterkante den Einlassschlitz freigibt, die Frischgase in die Kurbelkammer saugt.
2. Takt
Kurz vor OT* entzündet die Zündkerze das Gemisch. Der Kolben wird durch die sich ausdehnenden verbrennenden Gasen, nach UT* gedrückt. Zuerst wird vom Kolben nun der Auslassschlitz geöffnet, bevor der Überströmkanal wieder freigegeben wird.
Der abwärts gehende Kolben verschliesst mit der Unterkante den Einlassschlitz. Die Frischgase werden vorverdichtet.


Arbeitsweise Zweitaktmotor


Totpunkte sind die Umkehrpunkte des Kolbens:
  • OT = oberer Totpunkt  
  • UT = unterer Totpunkt
Vor und Nachteile:
Bauartbedingt ist der vollständige Austausch der Abgase mit Frischgasen ein Problem, da die Abgase durch "Spülen" aus dem Brennraum entfernt werden. Die Abgase werden durch die einströmenden Frischgase in den Abgasschlitz gedrängt. Die Kurbelkammer muss Druckfest sein, der Füllungsgrad der Zylinder mit Frischgasen ist mit 52...70% nicht so toll. (Ottomotor: 70...92%)

Die grossen Vorteile des Zweitaktes sind der einfache billige Aufbau, wenige bewegliche Teile und die höhere Leistung bei gleichem Hubraum, gegenüber des Viertaktmotors. Es können auch höhere Drehzahlen erreicht werden.
Allerdings muss die ausreichende Schmierung der Kurbelwelle -die von dem Kraftstoff Luftgemisch umspült wird- sichergestellt werden. In der Regel erreicht man das durch das Zusetzen von Öl im Kraftstoff. Es wird ein so genanntes "Gemisch" getankt.


Der Wankelmotor

wankel Hubkolbenmotoren haben einen entscheidenden Nachteil:
Der Kolben wird laufend auf einen Affenzahn beschleunigt, um dann auf Null abgebremst zu werden und in anderer Richtung wieder beschleunigt zu werden. Dies ist natürlich ineffektiv, kostet Energie und beansprucht sämtliche Bauteile.
Was liegt da näher als einen Motor zu konstruieren, dessen Kolben bereits eine kreisförmige Bewegung macht und nicht abgebremst werden muss!
Der Kolben des Wankelmotors macht eine fast kreisförmige Bewegung und wird deshalb auch als Kreiskolbenmotor oder Rotationsmotor bezeichnet.

Funktion:

Der Motor besteht aus drei Kammern, eine Exenterwelle übernimmt die Aufgabe einer Kurbelwelle. In jeder Kammer wird nacheinander ein Arbeitspiel nach der viertaktarbeitsweise Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstossen durchgeführt. Die Kolbenbewegung sorgt dabei für die entsprechende Vergrösserung/Verkleinerung der Kammern. Der Gaswechsel erfolgt nicht über Ventile, sondern über Ein/Auslasskanäle. Die Zündung wird durch eine Zündkerze eingeleitet.

Arbeitsspiel Wankelmotor

Phase 1

Phase 2
Phase 3
Phase 4
Kammer A
Überschneidung Auslass/Einlass
ansaugen
ansaugen
ansaugen
Kammer B
verdichten

verdichten
arbeiten
arbeiten
Kammer C

arbeiten
ausstossen
ausstossen
ausstossen


Nicht ganz einfach, aber mittels der Skizze und der Animation rechts, wird das Funktionsprinzip wohl deutlich. Der Kolben hat gerade -in den beschriebenen Phasen- 1/4 Umdrehung hinter sich.

Vorteile:
  • nur 2 rotierende Teile (Exenterwelle und Kolben)
  • niedriges Leistungsgewicht
  • grosse Laufruhe
  • Kraftstoffunempfindlich (Oktanzahl)


Der Stirlingmotor

kolben Der Vollständigkeit wegen, möchte ich hier noch den Stirlingmotor erwähnen, der bis heute in seinen Möglichkeiten unterschätzt wird!
Grundsätzlich arbeitet dieser Motor nach einem völlig anderen Funktionsprinzip aller hier vorgestellten Motoren, mit einer äusserer Verbrennung bzw. äusserer Aufheizung.
Funktionsprinzip: (nur Schematisch wie die Animation)
  • die im roten Zylinder befindlichen Gase, werden von aussen erwärmt 
  • die Gase dehnen sich aus und drücken den Kolben nach OT (Richtg. Kurbelwelle)
  • der mit der Kurbelwelle verbundene Kolben im blauen Zylinder drückt jetzt wieder kalte Gase in den roten Zylinder
  • diese werden wieder erwärmt und sofort...
Da kein (mir bekanntes) Fahrzeug mit einem solchen Motor ausgerüstet wird, verweise ich Interessierte an dieser Stelle auf die Seiten von Peter Fette, der die Funktion wirklich toll erklärt.   

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